[論文レビュー] The Herschel-PACS photometer calibration: Point-source flux calibration for scan maps

Z. Balog, Thomas Müller+10 more|Repository of the Academy's Library (Library of the Hungarian Academy of Sciences)|Sep 24, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 9被引用数 92

ひとこと要約

本論文では、絶対フレックス基準として5つの基準星（α Boo, α Cet, α Tau, β And, γ Dra）を用いて、ハーシェル-PACS光度計のスキャンマップモードにおける高精度なフラックス校正を提示する。特に蒸発器温度の変動および望遠鏡鏡面のフラックス変動といった機器的要因を補正することにより、青および緑帯では相対的光度測定精度が0.5%に、赤帯では2%にまで向上し、絶対校正の限界は主に星の大気モデルにおける5%の不確実性に起因する。

ABSTRACT

This paper provides an overview of the PACS photometer flux calibration concept, in particular for the principal observation mode, the scan map. The absolute flux calibration is tied to the photospheric models of five fiducial stellar standards (alpha Boo, alpha Cet, alpha Tau, beta And, gamma Dra). The data processing steps to arrive at a consistent and homogeneous calibration are outlined. In the current state the relative photometric accuracy is around 2% in all bands. Starting from the present calibration status, the characterization and correction for instrumental effects affecting the relative calibration accuracy is described and an outlook for the final achievable calibration numbers is given. After including all the correction for the instrumental effects, the relative photometric calibration accuracy (repeatability) will be as good as 0.5% in the blue and green band and 2% in the red band. This excellent calibration starts to reveal possible inconsistencies between the models of the K-type and the M-type stellar calibrators. The absolute calibration accuracy is therefore mainly limited by the 5% uncertainty of the celestial standard models in all three bands. The PACS bolometer response was extremely stable over the entire Herschel mission and a single, time-independent response calibration file is sufficient for the processing and calibration of the science observations. The dedicated measurements of the internal calibration sources were needed only to characterize secondary effects. No aging effects of the bolometer or the filters have been found. Also, we found no signs of filter leaks. The PACS photometric system is very well characterized with a constant energy spectrum nu*Fnu = lambda*Flambda = const as a reference. Colour corrections for a wide range of sources SEDs are determined and tabulated.

研究の動機と目的

• 明確に定義された星標準を用いて、PACSスキャンマップの一貫性と均質なフラックス校正を確立すること。
• 光度測定精度を低下させる要因、特に温度漂移と鏡面フラックス変動を特定・補正すること。
• 系統的誤差を補正した後のPACS機器の固有の光度測定再現性を定量化すること。
• 星の大気モデルの不確実性が主因である絶対校正の限界を評価すること。
• ユーザーがカスタマイズされたリダクションスクリプトでデータを再処理し、校正精度を保証できる基準フレームワークを提供すること。

提案手法

• K型およびM型の5つの星を基準フラックス標準として用い、明確に定義された光球モデルを持つ。
• PACSスキャンマップからの測定フラックスを、基準波長におけるモデル予測フラックスと比較し、補正係数を導出する。
• 蒸発器温度の変動および望遠鏡鏡面フラックス変動といった機器的要因を、基準星からの時系列データを用いてモデル化・補正する。
• 時間経過に伴う系統的傾向を除去するため、フラックス比を基準点（f(x)/f(c) = 1）に正規化するプロセスを実施する。
• 1つの時間に依存しない応答校正ファイルを用い、老化効果やフィルタリークの有無を確認することで検証した。
• 一定のνFν = λFλ = 定数基準スペクトルを用いて、広範な源のスペクトルエネルギー分布（SED）に対する色補正を導出し、表形式で提示した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 機器的系統誤差を補正した後、PACS光度計の固有の光度測定再現性はどの程度か？
• RQ2 温度漂移および望遠鏡鏡面フラックス変動は、スキャンマップ観測の校正にどのように影響を与えるか？
• RQ3 K型星とM型星のモデルの不一致が、絶対フラックス校正精度にどの程度制限を及えるか？
• RQ4 機器的補正により、青帯および緑帯の相対校正精度を1%未満に改善できるか？
• RQ5 星の大気モデルの不確実性が、最終的な絶対フラックス校正に及ぼす影響は何か？

主な発見

• 蒸発器温度および望遠鏡フラックス変動の補正を施した後、青帯および緑帯では相対的光度測定再現性が0.5%に向上し、赤帯では2%の水準を維持した。
• 5つの基準星の観測フラックス比とモデル予測値の一致は、単位に近い結果であり、平均比は青帯で1.003 ± 0.019、緑帯で1.005 ± 0.017、赤帯で1.006 ± 0.018であった。校正の一貫性が確認された。
• 光度測定の固有不確実性は、青帯および緑帯で0.5%未満にまで低下しており、PACSボロメータ応答の高安定性を示している。
• ミッション期間中にボロメータやフィルタの老化効果、またはフィルタリークの兆候は検出されなかった。
• 絶対校正精度は、星の大気モデルにおける5%の不確実性に起因し、絶対フラックスの合計不確実性は保守的に7%にまで上昇する。
• 補正プロセスにより、青帯における時間依存的傾向が効果的に除去されたことから、機器補正モデルの成功が裏付けられた。